Autor Daniel Gonzalez Enriquez

¿Qué es la fabricación sustractiva?

La fabricación sustractiva es un proceso de manufactura donde se elimina material de una pieza bruta para dar forma a un componente deseado. Este método implica el uso de herramientas como fresadoras, tornos, taladros y rectificadoras, que cortan, perforan, muelen o tornean el material para obtener la forma y dimensiones específicas requeridas. ¿Qué es la fabricación sustractiva? En términos simples, la fabricación sustractiva consiste en "sustraer" o quitar material de una pieza inicial más grande para obtener la pieza final deseada. Es el enfoque tradicional de la manufactura, ampliamente utilizado en industrias que requieren alta precisión dimensional y acabados superficiales específicos, como la industria aeroespacial, automotriz, médica, electrónica, entre otras. Este proceso es ideal para la producción de componentes robustos y duraderos que deben cumplir con estrictas tolerancias y requisitos mecánicos. Los costos de equipamiento son elevados y normalmente se requieren plantillas, utillajes y herramientas adicionales. Es ideal para producciones en grandes volúmenes con tiempos de fabricación relativamente rápidos, aunque los cambios de configuración son prolongados. Los equipos de manipulación de materiales facilitan la carga y descarga del material. Las geometrías obtenidas no son tan complejas como las de los procesos de fabricación aditiva. Tecnologías de fabricación sustractiva Desbaste: Utiliza fricción para desgastar la superficie del material a través del esmerilado y pulido. Centros de Mecanizado CNC: Proceso informatizado que controla maquinaria compleja mediante software preprogramado, regulando el equipo para cortar y dar forma a las piezas. Incluye fresado, torneado, taladrado, mandrinado, rectificado y centros de mecanizado CNC de 5 ejes. Mecanizado por descarga eléctrica (EDM): También conocido como "mecanizado por chispa" o "erosión por hilo", este proceso no tradicional utiliza descargas eléctricas, entre 80, 00 °C y 12.000 °C, para eliminar material de una pieza sumergida en un líquido dieléctrico. Corte por láser: Emplea un láser de gas, frecuentemente CO₂, como fuente de energía. El rayo láser, guiado por espejos, se dirige hacia la pieza de trabajo para eliminar material, con potencias de entre 1.500 y 2.600 vatios. Corte por chorro de agua: Utiliza un chorro de agua a alta presión en un proceso de erosión acelerada. Este método CNC emplea la energía del agua a ultraalta presión que alcanza velocidades hipersónicas de hasta 2.500 mph (Mach 3). Materiales utilizados Los materiales para procesos de fabricación sustractiva incluyen metales duros y blandos, plásticos termoestables, acrílico, madera, plásticos, espuma, composites, vidrio y piedra. Fabricación aditiva La fabricación aditiva consiste en fundir o fusionar polvo, o curar materiales poliméricos líquidos, para crear piezas basadas en dibujos CAD. Este proceso es más lento en comparación con otros métodos y muchas tecnologías aditivas requieren tratamientos posteriores como curado, limpieza o acabado del producto. El acabado superficial no es tan suave como en la fabricación sustractiva y las tolerancias no son tan exactas. Sin embargo, es ideal para piezas ligeras, eficiencia en el uso de materiales, prototipado rápido y producción de lotes pequeños y medianos. Esta técnica permite crear geometrías complejas, incluyendo la impresión de juntas articuladas, con configuraciones rápidas y sencillas, sin necesidad de supervisión constante durante el proceso de impresión. Los materiales más comunes en la fabricación aditiva son plásticos y metales. Además, el costo del equipo es menor en comparación con la fabricación sustractiva, y hay una variedad de colores de material disponibles para la mayoría de las operaciones de impresión 3D. Coste de la fabricación sustractiva vs. aditiva: ¿Cuál es más costoso? Las tecnologías de fabricación aditiva y sustractiva abarcan una amplia gama de procesos. Los costos y capacidades varían desde máquinas de sobremesa hasta equipos industriales de gran escala. En los últimos años, los precios han disminuido considerablemente, especialmente en tecnologías aditivas. Actualmente, existen herramientas de fabricación aditiva y sustractiva compactas y fáciles de usar para entornos profesionales, talleres mecánicos y laboratorios. Las impresoras 3D básicas comienzan desde unos pocos cientos de euros, mientras que las impresoras de sobremesa adecuadas para entusiastas están en el rango de 3, 500 a 20, 000 euros. Las impresoras industriales comienzan en 10, 000 euros y pueden superar los 400, 000 euros. Las fresadoras y tornos para hobbistas comienzan en 2, 000 euros, y un centro de mecanizado CNC básico puede costar alrededor de 60, 000 euros. Los centros de mecanizado industriales de 5 ejes pueden superar los 500, 000 euros. Aplicaciones de la fabricación aditiva vs. sustractiva Ambos tipos de fabricación producen una amplia variedad de productos en diversos sectores. La fabricación aditiva es ideal para la creación rápida de prototipos, producción de lotes pequeños y producción bajo demanda. La fabricación sustractiva, aunque ha sido utilizada para prototipos durante mucho tiempo, es más adecuada para grandes series de producción. Sectores donde se aplica la fabricación sustractiva La fabricación sustractiva es fundamental en diversos sectores industriales debido a su capacidad para producir componentes precisos y robustos mediante la eliminación de material. En la industria aeroespacial, se utilizan tecnologías como fresadoras CNC y tornos para fabricar desde estructuras metálicas hasta partes críticas de motores y sistemas de control. En el sector automotriz, la fabricación sustractiva es clave en la producción de motores, transmisiones, chasis y sistemas de frenado, asegurando la resistencia y funcionalidad necesarias para vehículos de alto rendimiento. También juega un papel crucial en la industria naval, donde se emplea para la fabricación de hélices, ejes y componentes estructurales que deben soportar condiciones marítimas extremas. En el ámbito médico y odontológico, fresadoras y tornos son utilizados para crear prótesis, implantes e instrumentos quirúrgicos precisos, garantizando una alta calidad y ajuste perfecto para aplicaciones médicas críticas. En la industria energética, la fabricación sustractiva se aplica en la producción de componentes para turbinas, generadores y equipos de perforación, donde la fiabilidad y durabilidad son esenciales para operaciones seguras y eficientes. Además, en sectores como la construcción y la arquitectura, se utilizan para fabricar estructuras metálicas, molduras y componentes estructurales que cumplen con exigentes requisitos de resistencia y durabilidad. Todas estas aplicaciones y oportunidades se pueden dar al estudiar la Maestría en Diseño avanzado. Todo ello a través del aprendizaje 100% ONLINE con el uso de las aplicaciones más extendidas del sector como son Autodesk Inventor y Rhinoceros 3D. Nuestro equipo docente te acompañará para que afrontes esta maestría con total garantía de éxito. Quizá te interese leer sobre... ¿Qué es la manufactura aditiva? 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Ingeniería concurrente o simultánea: ¿en qué consiste?

A diferencia del modelo tradicional, en el que el diseño se lleva a cabo de manera cronológica y secuencial, la ingeniería concurrente, también conocida como ingeniería simultánea, es una metodología que permite trabajar de manera coordinada y paralela. Esta metodología se basa en que los desarrolladores consideren todas las etapas del ciclo de vida del producto, desde la idea inicial hasta la entrega al cliente. Esto incluye el diseño conceptual, la producción, la calidad, el presupuesto, la demanda del mercado y el posicionamiento frente a la competencia. Objetivos de la ingeniería concurrente La ingeniería concurrente, originada en la industria aeroespacial de los años 80 y actualmente utilizada en sectores como la automoción, difiere del modelo tradicional que organiza el proceso por etapas secuenciales. En el modelo tradicional, cada departamento (diseño, ingeniería, fabricación, distribución, etc.) trabaja de forma compartimentada, lo que supone un considerable gasto de tiempo, ya que cada equipo debe familiarizarse con el producto en diferentes momentos del flujo de trabajo. Esta información fragmentada también puede causar errores de coordinación, ya que cada departamento trabaja con instrucciones y objetivos diferentes. Por ejemplo, si un departamento no está de acuerdo con el material recibido, puede obligar a repetir el trabajo anterior, provocando un desperdicio innecesario de tiempo, dinero y recursos humanos. Ventajas de la ingeniería concurrente En contraste, la ingeniería concurrente plantea todas las fases en paralelo, asegurando que los objetivos sean comunes y que los avances en cada campo influyan en el planteamiento general. Algunas ventajas de esta metodología incluyen: Reducción de tiempos de desarrollo: Este objetivo se centra en acelerar el proceso desde la concepción del producto hasta su finalización. La ingeniería concurrente permite que diferentes fases del desarrollo se lleven a cabo simultáneamente, en lugar de de manera secuencial. Esto minimiza los tiempos de espera entre fases y permite que los equipos trabajen en paralelo, logrando una salida al mercado más rápida. Solución de problemas en fases tempranas: Al involucrar a todos los departamentos y stakeholders desde el inicio, se pueden identificar y abordar posibles problemas antes de que se conviertan en obstáculos significativos. La detección temprana de fallos técnicos, errores de diseño o discrepancias en los requisitos permite realizar ajustes oportunos, evitando costosos retrabajos y mejorando la calidad final del producto. Adaptación rápida al mercado: La ingeniería concurrente facilita una mayor agilidad en la respuesta a las demandas del mercado. Al integrar a proveedores y clientes en las fases iniciales del desarrollo, se puede obtener retroalimentación valiosa y ajustar el producto de acuerdo a las necesidades y tendencias del mercado. Esto asegura que el producto final esté alineado con las expectativas del consumidor y pueda competir eficazmente. Mejor posicionamiento del producto frente a competidores: Al reducir los tiempos de desarrollo, solucionar problemas tempranamente y adaptarse rápidamente al mercado, la empresa puede lanzar productos innovadores y de alta calidad más rápidamente que sus competidores. Esto no solo mejora la satisfacción del cliente sino que también fortalece la posición de la empresa en el mercado, permitiendo un mejor reconocimiento de marca y mayores oportunidades de capturar una cuota de mercado más grande. Fases de la ingeniería concurrente Fase de definición: Se establecen los objetivos y las funcionalidades del nuevo producto, incluyendo un análisis comparativo de la competencia para identificar mejoras en la oferta existente en el mercado. Fase conceptual: Con los objetivos definidos, se determina cómo se logrará. Una técnica común es el brainstorming, idealmente con representantes de los distintos departamentos involucrados. Fase de detalle y simulación: El diseño se lleva a cabo utilizando herramientas informáticas. Una gran opción es el uso de BIM (Building Information Modeling), que permite trabajar en 3D e integrar las distintas fases del proyecto, facilitando la colaboración entre varios departamentos que trabajan en paralelo. Las simulaciones ayudan a identificar posibles problemas antes de que surjan físicamente. Fase de producción: Primero se crea un prototipo, y una vez aprobado, se integra la fabricación en el proceso de producción de la fábrica, ya sea adaptando maquinaria y procesos existentes o creando una nueva línea de producción. Fase de comercialización: Con el producto en el mercado, es crucial analizar el feedback y las reacciones del consumidor final para realizar los ajustes necesarios, manteniendo el espíritu de mejora continua. ¡Una nueva forma de trabajar! Al igual que en Lean Manufacturing, la ingeniería concurrente requiere la participación global de todos los agentes de la empresa, marcando un cambio de paradigma en la forma de trabajo. El uso de nuevas tecnologías permite trabajar de manera transversal e incluir a proveedores y clientes finales en las etapas tempranas de diseño, lo que mejora la respuesta al mercado. Quizá te interese leer sobre... ¿Qué es la fabricación sustractiva? 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¿Qué es el movimiento oscilatorio? ¡Estas son las claves!

Al observar la Naturaleza, nos percatamos de que muchos procesos físicos, como la rotación de la tierra en torno al eje polar, se repiten regularmente, sucediendo los eventos de manera cíclica después de un intervalo de tiempo constante. En tales casos, nos referimos al movimiento como periódico, y lo caracterizamos por su período, que es el tiempo requerido para completar un ciclo del movimiento, o su frecuencia, que representa el número de ciclos completos por unidad de tiempo. Un caso de movimiento periódico interesante ocurre cuando un sistema físico oscila alrededor de una posición de equilibrio estable. Este sistema sigue una trayectoria idéntica, primero en una dirección y luego en la dirección opuesta, cambiando el sentido de su movimiento en los extremos de la trayectoria. Un ciclo completo comprende pasar dos veces por la posición de equilibrio. Ejemplos de sistemas físicos que a menudo exhiben este tipo de movimiento oscilatorio incluyen la masa en el extremo de un péndulo o un resorte, la carga eléctrica almacenada en un condensador, las cuerdas de un instrumento musical y las moléculas en una red cristalina. El movimiento oscilatorio más simple se conoce como movimiento armónico simple, el cual ocurre cuando la fuerza resultante que actúa sobre el sistema es una fuerza restauradora lineal. Siendo uno de los fenómenos más comunes en la física, y mejor vistos en Introducción a la Física. Movimiento Armónico Simple (MAS) Una de las casuísticas más habituales es la de tener una mas unida a un muelle. Se toman como simplificaciones habituales las de eliminar la masa del muelle, reducir a 0 el rozamiento con el aire, y para los primeros ejercicios también se elimina el rozamiento de la masa con la superficie. Ley de Hooke Supongamos entonces que el movimiento se realiza sobre una superficie horizontal de manera unidimensional y sin rozamiento. La posición inicial la denominamos como x = 0. La fuerza que ejerce el muelle varía en función de la posición de la masa. Esta fuerza viene definida por la Ley de Hooke Fs= -kx Donde k es la constante, mayor a cero, de recuperación del muelle. Y x indica la posición de la masa. El Teorema de Fourier proporciona una justificación de la relevancia del fenómeno del movimiento armónico simple. De acuerdo con este teorema, cualquier forma de movimiento periódico u oscilatorio puede ser conceptualizada como la composición de movimientos armónicos simples. La ley de Hooke representa únicamente una aproximación lineal de primer orden a la respuesta real exhibida por resortes y otros cuerpos elásticos frente a las fuerzas aplicadas. En última instancia, esta aproximación está destinada a perder validez una vez que las fuerzas superen cierto umbral, dado que ningún material puede ser comprimido más allá de un límite mínimo o estirado más allá de un límite máximo sin experimentar alguna forma de deformación permanente o cambio de estado. Es importante destacar que muchos materiales mostrarán desviaciones significativas respecto a la ley de Hooke mucho antes de alcanzar estos límites elásticos mencionados. Desarrollo de la ecuación diferencial Al fin y al cabo una fuerza es expresable como masa por aceleración. Por lo que podemos escribir: Donde hemos sustituido la aceleración por la segunda derivada de la posición respecto del tiempo. Despejando la aceleración, tenemos: Que podemos reescribir como Definimos una nueva constante, ω, como Que al sustituirlo en la expresión anterior nos queda como Para más comodidad podemos despejar en ambas ecuaciones los términos, para dejarlos en el mismo miembro de la ecuación. Para saber más sobre este tipo de desarrollo, no dudes en ver Especialista en Cálculo Solución de la ecuación diferencial Estas ecuaciones diferenciales de segundo orden dan la siguiente función coseno como solución, Donde A es la amplitud del movimiento, es decir, el valor máximo de la posición tanto en la zona positiva como negativa. Y es el ángulo de la fase. En la siguiente imagen vemos la gráfica de un movimiento oscilatorio con amplitud igual a uno; y posición inicial 0, para t = 0. Detalles energéticos Volviendo a la suposición en el que el movimiento se realiza de manera unidimensional sobre el eje X, sin rozamiento, podemos contemplar el muelle con la masa unida a él como un sistema aislado. La asunción de no existir rozamiento ni con el aire ni entre la superficie y la masa nos permite afirmar que se conserva la energía mecánica. Despreciando la masa del muelle, la energía cinética del movimiento se entiende como: Y la energía potencial elástica como: Titulaciones que pueden interesarte ¿Quieres conocer otras formaciones en ciencias? ¡Mira esta oferta de formaciones online de Euroinnova! CURSO DE FÍSICA CUÁNTICA Curso de educación ambiental ...